天线交换（精选4篇）
天线交换 篇1
0 引言
改造前的我台A区天线交换开关系统由22个安装在户外的转换开关和安装在天控室的自动控制系统组成, 每个开关采用的都是2×2式双刀闸开关, 其中100k W等级的开关8个, 500k W等级的开关14个。由于设计的原因, 100k W和500k W等级开关在室处场地分布无规律, 辩识度低, 易造成误操作;由于在室外, 无馈筒屏蔽, 各开关间相连的馈线交错安装, 高频感应特别严重, 正常情况下的检修工作中, 只要有一部500k W发射机在播出, 拿螺丝刀触碰转换开关的金属部分都能吱火花, 特别不利于日常维护, 而且还容易出现上层馈线烧断掉下搭到下层馈线上, 致使下层多条馈线同时短路的异态;并且每个刀闸开关, 长年暴露在户外, 刀闸连接处易积灰层, 遇到阴雨天气, 常吱火, 特别遭遇雷雨台风天气, 转换开关出现故障时, 出于安全方面考虑, 人工是无法及时的进行故障处理;
面对这种情况, 我们结合自己工作实际, 坚持技术创新, 下决心把交换开关系统做成一个故障率低, 智能化程度高的系统。
1 我台A区天线交换开关改造系统组成
我台A区天线交换开关改造系统由一个短波广播射频信号交换矩阵 (48个转换开关) 和一套相应的控制两部分组成。
短波广播射频信号交换矩阵是一个由48个单个开关和馈线组成的交换矩阵, 短波广播射频信号的传输通道就是在这里建立的;而单个开关则安装在二维矩阵式的系统结构中横纵交叉点上, 这样开关必须有也只有2个状态位置, 一个是直通位置, 横向和纵向同时连通, 另一个是转向位, 输入信号经开关向左或向右切换, 传输方向改变的时候, 也完成了传输位置从高层到底层或从底层到高层的改变;开关与馈线之间的接地良好, 这样整个系统的屏蔽效果和传输特性会更好, 避免了射频干扰及常吱火现象。
控制部分就是监测和控制矩阵中开关的位置状态, 并与发射机进行连锁, 确保每部发射机的信号安全顺畅地传输到相应的天线上, 同时保证发射机和开关运行的安全。
2 我台A区天线交换开关改造系统的实现
2.1 短波广播射频信号交换矩阵的实现
短波广播射频信号交换矩阵由48个开关、喇叭口、馈线、弯头、窗口装置以及聚四氟乙烯绝缘支撑组成。这些组件的安装调试都相对简单, 只要保证互相连接合适, 确保喇叭口、馈线、弯头、窗口装置的设计在300欧姆的特性阻抗就行。在交换矩阵里核心是开关, 此开关的结构不同于2×2式双刀闸结构, 而是采用上下两层的触点连接, 每层两片的结构, 每片又分成双丫, 每片又由分成双丫的带触点的簧片和压板组成双层结构, 这样开关刀体插入触点时的阻力一分为四, 大大降低了传动系统的功率和强度。另外每个开关既能够手动操作, 也能电动操作, 手动操作和电动操作互不影响。并且48个开关, 设计布局有序, 即简洁, 又便于维护。
2.2 控制部分的实现
控制部分是让短波广播射频信号交换矩阵按照要求运行, 是我台A区天线交换开关改造系统的升华。控制部分除了要控制短波广播射频信号交换矩阵外, 还要确保发射机和开关的运行安全, 避免发射机在通道还没有连接好时上高压或开关上有高压时切换开关, 这两种情况都会损坏发射机或者开关, 另外还可以防止由于控制部分的故障导致的停播事件。控制部分要求, 在9部发射机中, 保证有6部发射机可以上任意的12副天线, 另外3部机可以上5副天线。并且需要具备远程监控功能、本地控制功能、逻辑互锁功能、和保护开关的功能。
控制部分工作必须高度稳定可靠, 控制部分不稳定将直接影响播出。所以我们在控制部分硬件选型、拓扑结构和功能布局上充分考虑系统的稳定性, PLC选择洛克威尔的, 控制部分拓扑结构上采用星形结构, 在功能布局上尽量把功能块安排在PLC中, 所有的信号通过局域网传输, 远距离采用光缆连接, 近距离采用网线连接, 这样既保证了控制部分的稳定性, 也使控制部分有良好的适时性。
控制部分采用了星形拓扑结构, 包含上位机、本地机和PLC。上位机实现人机对话、远程监控、远程通信和系统管理, 上位机提供简洁、灵活多样的人机对话界面, 使用户可以直观的了解系统的状态, 并方便地对系统发出指令。本地机实现本地操作和管理。PLC完成开关状态采集、逻辑检测、开关控制、按照运行图运行、错误报警等, PLC通过采样点采集系统数据来判断系统状态, 包括开关当前状态、发射机高压及高压信号走向等, 并通过采集得来的数据进行逻辑检测, 包括横向互锁、纵向互锁和高压闭锁, 每一个驱动命令必须经过逻辑检测, 确认没问题后才允许驱动开关, 同时禁止经过被切换开关的发射机上高压, 一条指令经过逻辑检测后才对开关进行驱动。当某个开关经驱动后不到位或无任何驱动下, 如器件出现故障、电路出现故障或人为因素等导致的不到位, PLC将给出适当的报警及相应的处理。
基本的控制、逻辑判断、运行图、代播操作都在PLC中执行, 这种结构的优点是:当上位机出现故障时, 本地工控机和PLC组成新的系统继续运行, 不会受到干扰;当本地工控机出现故障时, 上位机和PLC组成新的系统继续运行, 不会受到干扰;当上位机和本地工控机同时出现故障时或网络出现故障时, PLC还可以继续独立运行, 而不受影响。因为PLC没有操作系统, 重新启动快, 不会受到计算机病毒的攻击, 运行比计算机可靠得多。把主要的功能模块放在PLC中执行, 只要PLC供电正常, 系统就会正常运行, 使系统拥有了最佳的稳定性。
3 结论
改造后的A区天线交换开关改造系统采用了模块化的设计, 系统扩展容易, 维护方便, 自动化程度高, 通用性强。长时间的使用证明这是一套性能稳定、操作灵活多样、维护方便、简洁实用的大功率短波广播射频信号交换系统。该系统可以在远程通过发送指令或下载运行图来控制和监看短波广播射频信号交换系统的运行状况:可以在本地通过发送指令或输入运行图来控制和监看短波广播射频信号交换系统;并且当开关切换时或开关不到位时禁止相应的发射机上高压, 以免烧坏开关或发射机, 当发射机正在播出时, 禁止相应的开关切换, 以免造成停播事故或烧坏开关;当系统的切换时间超过了一定的阀值时, 系统自动切断开关驱动信号, 以免开关的电机烧坏或传动部分卡死。该系统的性能已达到无人值班、有人留守的要求。在今后的技术发展趋势, 可以自动按照运行图运行, 而不用人为干预, 智能化程度较高, 值得推广。
摘要：我台于2001年在A区安装有9部短波发射机及12幅短波天线。由于天线设计的方向及频段不同, 且根据播出任务的变化, 要求每部发射机可以上多副天线, 于是就得安装天线交换天关系统。随着短波广播不断的发展变化, 落后的天线交换天关系统已不能满足如今的安全播出工作, 对其进行改造是更好的为安全播出工作服务。笔者多年来从事发射机及天线天关系统的维护工作, 现将我台A区天线交换开关改造系统进行介绍, 希望对大家有借鉴意义。
关键词：短波,交换开关,改造
广播发射台天线交换显示装置 篇2
广播发射台使用5部发射机分别通过19个交换开关连通到8副天线, 需实现直观展现各发射机至天线的通路情况;在19个交换开关处安装高压指示灯, 当交换开关带有高压时指示灯红色警示常亮;工作环境为强电磁干扰环境。
2 装置分析与系统框图
2.1 装置分析
根据实现目标分析, 本装置采用模块化设计, 并在硬件模块设计时加强抗干扰能力。在设计软件时采取动态自动推算算法, 增强系统扩展性及程序容错能力, 确保天线交换显示系统在强电磁干扰环境下的正常运行。
2.2 系统硬件框图
3 硬件模块说明
3.1 采集模块
需采集5部发射机发射状态、5部发射机加高压状态、19路交换开关、1路高低频率状态, 共30路开关输入信号, 由采集模块将开关信号可靠采集, 并转换为电压信号传输给通信主控模块。为确保系统采集数据的可靠性, 提高采集系统的抗干扰性, 采集模块设计方案采用前端后端设计, 前后端间采用光电隔离。前端为信号输入端, 采集电压选用24V直流电压进行驱动, 输入信号经防颤处理电路, 去高频干扰电路处理, 得到准确输入信号。后端为信号整形电路, 确保经光电隔离转换后输入信号状态准确无误。
3.2 通信主控模块
将采集模块信号进行数字模型转换, 结果发送至从通信模块。
模块核心硬件为单片机, 本装置采用抗干扰能力极强的STC系列单片机。与通信从模块之间采用R S485总线通信协议进行连接, 并在远程通信模块两端采用隔离放大电路增强通信线路抗干扰能力。
在软件方面, 对采集模块输入信号进行差时信号对比容错算法, 加强系统模块间通信容错能力。通信主模块与从模块间采用CRC (循环冗余校验码) 校验加确认校验核对数字传输协议。
3.3 通信从模块
与通信主控模块进行双向数据通信, 将相关数据送入显示控制模块。通信从模块共有两个:一个连接至本地显示控制模块, 另一个为远程显示控制模块。在软件方面, 与通信主模块相匹配, 同样采用CRC校验加确认校验核对数字传输协议。
3.4 显示控制模块
根据通信模块送达系统相关数据, 计算显示结果, 送入交换开关高压指示灯、通路展示面板, 对系统工作状态进行展示。模块核心硬件为单片机, 本装置采用抗干扰能力极强的STC系列单片机, 并在硬件上引入看门狗电路, 最大限度地加强硬件容错性。软件方面, 采用设备状态对象化理念, 由发射机为根向上逐级根据设备状态寻找天线通路, 确保了设备通路准确。
3.5 通路展示面板
通路展示面板的显示包括以下几方面内容:
(1) 通路上线段的显示。通路上线段是指发射机到同轴交换开关之间的线段、同轴交换开关到交换开关之间、交换开关之间以及交换开关到天线之间的线段。每段通道由LED灯带制成, 该段灯带发光, 表示该线段在发射机到天线贯通的通道上。
(2) 交换开关的显示。通路展示面板在制作时, 已将开关上的直通和转向通道都制作出来, 如图2所示。由显示主控模块的送来的信号决定该开关上到直通或是转向点亮。
(3) 加高压情况下通路的显示。当发射机到天线之间的, 且通路上没有加高压时, 在通路显示屏上的贯通通路会以蓝色显示出来;当通路上加有高压时, 在通路显示屏上的贯通通路会以红色显示出来。
3.6 交换开关高压指示灯
交换开关高压指示灯使用抗干扰能力强的LED灯泡, 设置于天线交换开关实际位置处, 当其所代表的交换开关上带高压时, 交换开关高压指示灯发光作出警示。
4 软件揭示部分说明
为进一步加强该装置的可用性, 方便值班监控人员随时、随地了解天线工作情况, 本装置可提供B/S (浏览器/服务器) 架构的在线展示功能:S端采用稳定可靠的Linux系统搭建, 实时采集相关数据, 对外提供展示服务;在内部网络可达范围内, 使用浏览器软件随时查看天线交换系统的运行工况;本装置使用通路显示驱动程序、采集及信号处理程序、工况展示服务程序、通信协议驱动程序和数据传输程序共五种程序。
5 结束语
此显示装置系统可以减少甚至杜绝广播发射台值班监控人员在切换天线时的误操作。在科技迅猛发展的时代, 可以充分利用网络和B/S架构通过一定的权限, 实现多位值班监控人员访问天线交换显示装置, 突显实用性和交互性。
摘要：本文主要介绍了广播发射台为辅助保障天线交换系统工作运行状况的实时监控需求, 实现天线通路的直观显示。在工作环境为强电磁干扰环境下, 确保安全操作, 所采用硬件核心模块为单片机控制, 核对数字传输协议的显示装置。
天线交换 篇3
屏蔽式平衡式短波广播天线交换开关, 也就是我们俗称的3×8开关, 是短波广播信号传输过程中必不可少的一个环节。该短波天线交换开关可以方便的组成交换灵活的短波天线交换矩阵, 相邻通道之间的隔离度大于50dB。无线局有500kW短波广播发射机的发射台中, 500kW短波广播天线交换开关全部是进口的, 价格昂贵。为了实现交换开关的国产化, 2001年, 我们对屏蔽式平衡式短波广播天线交换开关进行了调研, 成功生产出满足客户需求的开关。开关特性参数如下:
输入特性阻抗是300Ω;输出特性阻抗是300Ω;输入端两馈线接口的中心间距:250mm;输出端两馈线接口的中心间距:250mm;最大传输功率:500KW, 带100%调幅;开关外形尺寸:875x875x1318mm;在短波频带内, 驻波比小于1.08;相邻传输通道之间的隔离度大于50dB;电机功率:160W;最大切换周期:4.8秒;控制电压:DC24V/AC220V。
该短波广播天线交换开关已成功应用于我局24个短波台的36个短波发射机房, 大大增强了我局短波天线交换的灵活性, 降低了由于天线交换系统引起的停播事故, 提高了我局短波广播播出的效果, 节约外汇约500万美元。
该短波广播天线交换开关项目曾获得无线局2007年度技术进步奖二等奖和国家广电总局2008年度科技创新奖, 科技成果应用与技术革新奖类三等奖。
2 屏蔽式平衡式短波广播天线交换开关的结构及工作原理
屏蔽式平衡式短波广播天线交换开关大致可分成四大部分:框架部分、信号传输部分、传动部分和变速箱。
框架部分是支撑开关的主体结构, 它的精度直接影响开关传动部分的到位精度, 因此, 框架的焊接工艺要求非常严格。焊接时, 通过专用胎具固定后, 掌握由于焊接金属管材发生变形的程度进行焊接, 这样才能保证其尺寸的准确性。
信号传输部分由转向、直通馈管, 主轴, 刀体, 绝缘子, 接点等零部件组成, 完成短波广播信号的传输任务。信号传输部分为整个产品电气指标能达到要求的关键部分, 因此传输部分的材料选择及工艺都是非常重要的。在材料的选择上, 为了达到开关的阻抗要求, 刀体选用黄铜, 馈管为紫铜, 绝缘子为高频瓷。在工艺上, 转向及直通馈管中波纹管的焊接方式是非常关键的, 既要保证在焊接的时候不变形, 又要保证焊接完成后不能有虚接, 所以这点对焊工的水平有相当高的要求。
传动部分为槽轮拨轮结构, 为了保证槽轮和拨轮配合的精确, 我们采用线切割的加工手段, 线切割是一种电加工机床, 靠钼丝通过电腐蚀切割金属 (特别是硬材料、行状复杂零件) 。线切割工艺能够最大程度的保证工件的精度。
变速箱在整个开关中属于灵魂部件, 开关的切换时间和到位是否精确都决定于变速箱的结构。变速箱采用的是二级变速蜗轮蜗杆结构。蜗轮蜗杆传动用于两轴交叉成90度, 但彼此既不平行又不相交的情况下, 通常在蜗轮传动中, 蜗杆是主动件, 而蜗轮是被动件。
蜗轮蜗杆传动有如下特点: (1) 结构紧凑、并能获得很大的传动比, 一般传动比为7-80。 (2) 工作平稳无噪音。 (3) 传动功率范围大。 (4) 可以自锁。 (5) 传动效率低, 蜗轮常需用有色金属制造。蜗杆的螺旋有单头与多头之分。
传动比的计算为:i=n1/n2=z/K
(n1-蜗杆的转速n2-蜗轮的转速K-蜗杆头数Z-蜗轮的齿数)
变速箱部分控制开关的切换时间的同时, 也是开关的电动和手摇操作的兼容部分。
3 屏蔽式平衡式短波广播天线交换开关的工作原理
屏蔽式平衡式短波广播天线交换开关有两个传输状态 (±45°) --直通和转向, 它是通过电动机和变速箱带动主轴的转动, 来实现直通和转向两种状态的转换。交换开关单元采用纵横分布的排列方式, 完成发射机和天线之间的转接任务。
4 屏蔽式平衡式短波天线交换开关的改进
近年来, 为了扩大广播电视信号的覆盖率, 大功率发射机被广泛使用, 由此, 对天线交换开关的使用要求也随之提高。为了满足客户的使用要求, 我们对交换开关做了必要的改进。这些改进主要是变速箱、传动部分和触点连接片的材料。
4.1 变速箱的改进
为了能与进口交换开关互换使用, 要求开关的切换时间在2s内。原有开关的切换时间是4.8s, 有效转动时间是2.5s, 但客户现有控制系统的转换时间是2s, 这就要求开关的切换时间更快, 经过反复试验, 我们把转换时间定在1.5s左右。
缩短转换时间就意味着要提高转速, 通常情况下提高转速有两种方法, 一是提高电动机转速, 二是降低变速比。
第一种方法实现起来比较简单, 不用改变变速箱的内部结构, 实验周期短, 在时间短任务急的情况下, 这是最可行最优先选择的方法。原来的电动机是160W、1400r/min, 现改用370W、2800r/min的电动机, 速度达到了要求, 但电磁离合器偶有打滑现象, 工作状态很不稳定, 这样会影响到整部开关的工作状态, 经过推算应该是蜗轮轴传递的转矩超过了电磁离合器的额定转矩, 电磁离合器的额定转矩是24.5N.m, 现计算蜗轮轴传递的转矩为:
蜗杆轴传递的转矩:T1=9549P1/n1=9549×0.37/2800=1.3 N/m
蜗轮轴传递的转矩:T2=i T1η=15×1.3×0.9=17.6 N/m
电磁离合器传递的转矩:T=36.5/30×T2=36.5/30×17.6=21.5 N/m
电磁离合器实际传递的转矩与其额定转矩很接近, 而且式中的传动效率 (η值) 是估计值, 再加上装配过程中电磁离合器的装配间隙若过大, 有可能导致额定转矩减小, 以及其他一些不可知的原因, 使电磁离合器实际传递的转矩有可能比其额定转矩大, 就造成了电磁离合器的打滑现象。蜗杆的输入转矩不能超过1500r/min, 基于以上计算, 彻底否定了这种方案。
第二种方法是降低传动比, 这就要对变速箱进行一次大变动, 改变蜗杆或蜗轮的头数或齿数, 达到要求的传动比, 与之相关的变速箱、基板等都要做相应的改动。电动机的转速是1400r/min, 所以要想保证开关切换速度在1.5s左右, 必须使转速在10r/min左右, 那么传动比i为:
i=n1/n2=1400/10=140
为了减少要变动的零件数, 可使第一级传动比不变, 这样一级蜗杆轴和蜗轮尺寸都不用变, 只减少第二级传动的传动比, 改为10, 则总传动比为150, 最终转速为v:
v=n1/i2=1400/150=9.33r/min
则开关转换时间t为:
t=1/4v=1/4×9.33=0.027min=1.6s
通过计算, 设计时间在要求范围内, 完全能满足控制系统的要求, 最终选择了这种方案。
在这种转速下, 按照齿面接触疲劳强度进行计算, 并验算了滑动速度和蜗轮轮齿弯曲强度后, 我们选择的蜗杆分度圆直径是28, 计算得到的蜗轮分度圆直径是50, 则中心距是39, 与原来的43相差很大, 有可能要重新铸造变速箱, 但是重新铸造变速箱周期太长, 成本也会随之增大, 因此决定对蜗轮进行变位, 变位系数是0.8, 这样既能使用原来的变速箱, 缩短了重新铸造变速箱的周期, 又节省了生产成本。
4.2 传动机构的改进
以往的变速箱与传动部分之间的动力传递采用槽轮机构, 又称马尔它机构。槽轮机构主要分成传递平行轴运动的平面槽轮机构和传递相交轴运动的空间槽轮机构两大类。平面槽轮机构又分为外槽轮机构和内槽轮机构。槽轮机构具有结构简单、制造容易、工作可靠和机械效率较高等优点。但是槽轮机构在工作时有冲击, 随着转速的增加及槽数的减少而加剧, 故不宜用于高速, 其适用范围受到一定的限制。我们采用的是平面槽轮机构, 它是由槽轮和圆柱销组成的单向间歇运动机构。它常被用来将主动件的连续转动转换成从动件的带有停歇的周期性转动。槽轮机构 (如图所示) 由带圆柱销的拨轮和具有径向槽的槽轮组成。当连续转动的转臂上的圆柱销进入径向槽时, 拨动槽轮转过900角;当圆柱销转出径向槽后, 槽轮停止转动。转臂转一周, 槽轮完成一次停转运动。为了保证槽轮停歇, 可在转臂上固接一缺口圆盘, 其圆周边与槽轮上的凹周边相配, 这样既不影响转臂转动, 能锁住槽轮不动。为了避免冲击, 圆柱销应切向进、出槽轮, 即径向槽与转臂在此瞬间位置要互相垂直。槽轮机构结构简单, 工作可靠, 转位迅速, 重复定位精度高, 解决了以往开关切换中重复定位精度不高, 不能保证每次切换到位准确等故障。
虽然槽轮机构有许多优点, 但是在运转时, 延迟的时间有些过长。为了缩短延迟时间, 我们把这一结构简化, 让它既能满足定位精度, 有能缩短延迟时间。在机械加工方面也降低了难度。改变后的结构如图。
4.3 触点连接片的改进
原有开关的触点连接片的材料是磷青铜和锡磷青铜, 磷青铜具有耐蚀性、耐磨损, 冲击时不发生火花, 强度高, 组织致密均匀, 切削、钻孔等机加工性能极佳, 具有加工铜屑均匀细小、加工表面光洁及自润滑无需维护等特性。锡磷青铜是一种合金铜, 含锡量一般在3~14%之间, 主要用于制作弹性元件和耐磨零件。这种合金具有较高的力学性能、减磨性能和耐蚀性, 易切削加工, 钎焊和焊接性能好, 收缩系数小, 无磁性。可用线材火焰喷涂和电弧喷涂制备青铜衬套、轴套、抗磁元件等涂层。具有良好的导电性能, 不易发热、确保安全同时具备很强的抗疲劳性。改进后的材料为铍青铜, 铍青铜的物理性质与磷青铜大致相同,
通过以上改进, 屏蔽式平衡式短波广播天线交换开关的各项指标均达到客户要求, 但由于是使用在500KW大功率的发射机上, 我们甚至对于每个部件的组装都要做到认真仔细。在变速箱的组装过程中, 发现了很多问题, 最突出的就是离合器接合面间隙不一样大, 最大间隙差达到0.3mm, 造成这种情况的原因有:蜗轮与轴的同轴度超差、电磁离合器动片与轴的同轴度超差、蜗轮与电磁离合器动片的接合面平面度超差, 而且这些原因都不是单独存在的, 有可能是其中两种或两种以上的原因共同作用的结果, 要明确是什么原因很困难, 初步断定是电磁离合器动片与其铜片接触的面过于粗糙, 而且有明显的铁屑存在, 同一平面的高度差在0.2mm以上, 有的达到0.4mm, 针对发现的问题, 我们跟离合器厂家提出了要求, 今后有望改进。
随着广播电视行业的快速发展, 一些关键设备的需求也在不断增加。为了能更好的服务于广播电视领域, 能够更多的使进口设备国产化, 我们将不遗余力的继续开发研制更多的设备和配件, 为我们的无线事业尽自己的绵薄之力
参考文献
[1]杨义勇.机械系统动力学[M].北京:清华大学出版社, 2009.
天线交换 篇4
关键词：大功率短波发射机,天线场地交换开关,平衡/不平衡转换器,同轴开关矩阵控制系统
1 概述
随着科学技术的发展与成熟, 各地广播电台在大功率短波发射机中陆续改造使用了同轴开关矩阵式天线交换控制系统, 它对传统设计进行革新, 创造性的全部采用不平衡的同轴开关组成交换矩阵, 实现了天线的全交换功能。本文主要介绍我单位维护的一副同轴开关矩阵控制系统, 它是与6部短波发射机、1部假负载、10副天线相连接的, 由75Ω 同轴开关组成6×11室内开关矩阵。每部发射机射频输出经过同轴开关矩阵, 到10副平衡 / 不平衡转换器之后, 输出经室外场地1×3偏向开关联接到天线。
同轴开关矩阵用于切换6部发射机射频信号输出到指定的10副平衡转换器上。天线场地交换开关现装有1X3偏向开关, 偏向开关用于切换天线发射的覆盖方向。
2 同轴开关矩阵式天线交换控制系统在大功率短波发射机中的应用
同轴开关矩阵式交换控制系统包括同轴开关交换矩阵和天线交换控制系统。天线交换控制系统承担着从发射机输出端到天馈线输入端的连接和交换作用, 是整个发射传输系统中重要的一环。目前我单位使用的同轴开关矩阵式天线交换控制系统主要由同轴开关矩阵控制及平衡 / 不平衡转换器控制两部分组成, 平衡 / 不平衡转换器控制主要由各继电器接点组成逻辑矩阵。同轴开关交换矩阵由多个同轴开关组成 (见图1) , 它的主要功能是用于切换发射机射频输出信号到设定的天线或假负载, 从而保证将节目信号有效地传输发射到目的地。同轴开关能够实现两部发射机分别连接到假负载和天线的操作, 两条射频通路互不影响。同时, 同轴开关设备体积小, 可以组成立体的墙式开关矩阵, 并且安装方便、维修简易, 遇到紧急故障可在短时间内更换。
天线交换控制系统实现了对室外场地交换开关, 平衡转换器的自动控制。交换开关的控制包括手动操作、电动控制和自动控制三种模式。在紧急情况 (例如自动控制故障) 下可进行人为干预, 达到切换的目的, 保证设备正常运行。
控制系统的上位机采用高可靠的工业控制计算机为系统功能实现的硬件基础。上位机所装载的人机对话控制软件功能丰富, 操作界面简单直观, 有利于操作人员很快的熟练掌握相关的操作。下位机采用高可靠、稳定、抗干扰性强的可编程逻辑控制器PLC作为核心, 采集开关状态, 发射机高压状态及假负载连锁状态, 并接受面板操作信号或工控机指令对射频开关进行操作, 以实现发射机输出信号到指定的天线或假负载。上、下位机之间则通过串行通讯口数据协议进行通讯。
控制系统硬件部分包括天线控制机柜和一台工控机, 软件部分包括了安装于下位机PLC中的控制软件和安装于工控机的人机交互软件。
上位机 (工控机) 上开发了很好的人机界面, 与下位机 (PLC) 进行串口通讯, 实现天线交换的自动控制。在自动控制界面上显示了发射机上天线情况及报警信息, 另外还具有用户管理, 运行时刻表管理, 操作日志, 故障日志, 临时播音, 时间校正等功能, 自动控制界面图如图2。
同轴开关矩阵控制系统由继电器接点组成等同于射频开关矩阵的逻辑矩阵, 并由射频开关的到位信号进行控制。平转控制矩阵实现不同发射机马达板到10部平衡 / 不平衡转换器之间信号通路的切换,
3 同轴开关矩阵式的天线交换开关控制柜
同轴开关矩阵式天线交换开关控制柜主要由PLC、同轴开关控制电路、平转矩阵、场地程式开关电源控制回路、场地偏向开关电源控制及行程开关接点控制回路、面板显示和手动控制组成。开关柜图3所示。
天线交换开关控制柜面板显示了各个射频开关的位置状态和发射机的高压状态, 同轴开关面板显示图4中所示同轴开关的A位置表示同轴开关处于垂直位置, B位置表示同轴开关处于水平位置。
其中同轴开关控制由11块电路板组成, 每个控制板控制6个同轴开关, 电路板的基本原理如图5。
开关控制柜面板上具有自动或手动单个开关的控制旋钮, 当某路开关工作于手动模式时波段开关打在手动位置, 当某一路开关工作于自动模式下时, 所在的波段开关打在自动位置。
偏向开关用于改变天线方向, 如图6所示, 当开关处于2位置时, 天线方向为主向, 当开关处于1位置或3位置时, 天线方向会减小或增大角度。
4 平衡 / 不平衡转换器控制信号
平衡 / 不平衡转换器控制交换矩阵用于切换指定的发射机平转控制信号 (如:行程开关控制接点、电机电源信号等) 到指定的平衡转换器。平转控制交换矩阵由开关控制柜的10块电路板组成, 平转交换矩阵与同轴开关矩阵相同, 由继电器接点组成矩阵, 继电器控制信号来自同轴开关到位信号。
平转矩阵采用继电器接点组合成与射频开关相同的平转信号矩阵, 射频开关到位的同时控制继电器接点到位, 以保证射频信号与平转信号同步, 因此, 只要射频信号有通路, 平转信号就会有相同的通路。平转控制信号矩阵框图如图7。
5 未来发展方向
同轴开关矩阵式天线交换控制系统, 经过机房几年来系统的运行情况, 各项技术指标和性能参数均能符合技术要求。能够达到响应快速、切换准确、节省空间、便于维护等功能, 尤其适合应用在快速应急播出发射台站。而且有效的降低了维护人员工作的工作量, 降低了人为误操作带来的影响播出效果的行为。说明同轴开关矩阵式天线交换控制系统是一套性能稳定、操作灵活、维护方便、自动化程度高、简洁实用的天线交换控制系统, 具有很强的实用性和推广性。作为无线电通信重要手段的大功率短波发射机来说, 同轴开关矩阵及控制系统的进一步应用是其发展的方向。
参考文献
[1]刘洪才, 李天德编著.广播发射与传输理论基础[M].北京:中国广播电视出版社, 2002.
[2]GY/T 179-2001广播电视发射台运行维护规程.
[3]GY/T 225-2007中、短波调幅广播发射机技术要求和测量方法.